"""
相变模型模块

本模块实现了两相流动中的相变过程计算，包括：
1. 蒸发和冷凝过程
2. 相变质量流率计算
3. 相变焓传递计算
4. 流型判断和转换

理论基础：
- 相变传质机理
- 流型转换判据
- 相变热力学关系
- 界面传质模型

作者：[您的名字]
日期：[创建日期]
"""

import numpy as np
from typing import Dict, Tuple
from dataclasses import dataclass
from .two_fluid_model import FluidState
from ..utils.logger import get_logger

class PhaseChangeModel:
    """
    相变模型类
    
    实现了两相流动中的相变过程计算，包括：
    - 蒸发和冷凝过程的判断
    - 相变质量流率的计算
    - 相变焓传递的计算
    - 流型的判断和转换
    """
    
    def __init__(self, config: dict):
        """
        初始化相变模型
        
        参数:
            config: dict, 包含模型参数的配置字典
        """
        self.logger = get_logger()
        self.config = config
        
        # 相变系数
        self.C_e = 0.1  # 蒸发系数
        self.C_c = 0.1  # 冷凝系数
        
        self.logger.info("相变模型初始化完成")
    
    def calculate_phase_change_rate(
        self,
        liquid: FluidState,
        vapor: FluidState,
        P: float,
        T_sat: float,
        a_i: float  # 界面面积密度 [1/m]
    ) -> Tuple[float, float]:
        """
        计算相变质量流率
        
        参数:
            liquid: 液相状态
            vapor: 气相状态
            P: 压力 [Pa]
            T_sat: 饱和温度 [K]
            a_i: 界面面积密度 [1/m]
            
        返回:
            Tuple[float, float]: (蒸发率, 冷凝率) [kg/m³·s]
        """
        # 计算界面传热系数
        h_i_l, h_i_v = self.calculate_interfacial_heat_transfer(
            self.determine_flow_pattern(liquid, vapor, self.hydraulic_diameter),
            liquid,
            vapor,
            a_i,
            T_sat
        )
        
        # 计算相变潜热
        h_lg = self.calculate_latent_heat(P, T_sat)
        
        # 计算蒸发率（液相过热）
        evaporation_rate = h_i_l * a_i * max(0, liquid.T - T_sat) / h_lg
        
        # 计算冷凝率（气相过冷）
        condensation_rate = h_i_v * a_i * max(0, T_sat - vapor.T) / h_lg
        
        return evaporation_rate, condensation_rate
    
    def calculate_latent_heat(
        self,
        P: float,
        T_sat: float
    ) -> float:
        """
        计算汽化潜热
        
        使用饱和蒸汽和饱和液体的焓差计算
        """
        # 获取饱和状态的物性参数
        h_g = self.get_saturated_vapor_enthalpy(P, T_sat)
        h_f = self.get_saturated_liquid_enthalpy(P, T_sat)
        
        return h_g - h_f
    
    def calculate_bubble_condensation_factor(
        self,
        liquid: FluidState,
        T_sat: float,
        hydraulic_diameter: float
    ) -> float:
        """
        计算气泡冷凝因子
        
        用于修正沸腾传热系数
        """
        # 计算无量纲参数
        Ja = liquid.cp * (T_sat - liquid.T) / self.calculate_latent_heat(self.get_pressure(liquid), T_sat)
        Pe = liquid.rho * liquid.cp * abs(liquid.u) * hydraulic_diameter / liquid.k
        
        # 计算冷凝因子
        F_gum = 1 - np.exp(-Ja * Pe**0.5)
        
        return F_gum
    
    def calculate_phase_change_enthalpy(
        self,
        liquid: FluidState,
        vapor: FluidState,
        gamma: float,
        h_lg: float
    ) -> float:
        """
        计算相变焓传递
        
        参数:
            liquid: 液相状态
            vapor: 气相状态
            gamma: 净相变质量流率 [kg/m³·s]
            h_lg: 汽化潜热 [J/kg]
            
        返回:
            float: 相变焓传递率 [W/m³]
        """
        if gamma > 0:  # 蒸发过程
            h_phase_change = gamma * (vapor.h - liquid.h)
        else:  # 冷凝过程
            h_phase_change = gamma * (liquid.h - vapor.h)
        
        return h_phase_change
    
    def determine_flow_pattern(
        self,
        liquid: FluidState,
        vapor: FluidState,
        hydraulic_diameter: float
    ) -> str:
        """
        判断流型
        
        参数:
            liquid: 液相状态
            vapor: 气相状态
            hydraulic_diameter: 水力直径 [m]
            
        返回:
            str: 流型名称
        """
        # 计算无量纲参数
        # 气相体积分数
        void_fraction = vapor.alpha
        
        # 计算气液两相的表观速度
        j_g = vapor.u * vapor.alpha
        j_l = liquid.u * liquid.alpha
        
        # 计算Froude数
        Fr_g = j_g / np.sqrt(9.81 * hydraulic_diameter)
        
        # 基于空泡率和Froude数的简化流型判断
        if void_fraction < 0.2:
            flow_pattern = "bubbly"
        elif void_fraction < 0.4:
            flow_pattern = "slug"
        elif void_fraction < 0.8:
            if Fr_g > 3.0:
                flow_pattern = "annular"
            else:
                flow_pattern = "churn"
        else:
            flow_pattern = "mist"
        
        return flow_pattern
    
    def calculate_interfacial_area(
        self,
        flow_pattern: str,
        liquid: FluidState,
        vapor: FluidState,
        hydraulic_diameter: float
    ) -> float:
        """
        计算界面面积密度
        
        参数:
            flow_pattern: 流型
            liquid: 液相状态
            vapor: 气相状态
            hydraulic_diameter: 水力直径 [m]
            
        返回:
            float: 界面面积密度 [1/m]
        """
        if flow_pattern == "bubbly":
            # 假设球形气泡，平均直径为1mm
            d_b = 0.001  # 气泡直径 [m]
            a_i = 6 * vapor.alpha / d_b
            
        elif flow_pattern == "slug":
            # 泰勒气泡模型
            a_i = 4 * vapor.alpha / hydraulic_diameter
            
        elif flow_pattern == "annular":
            # 环状流模型
            film_thickness = hydraulic_diameter * (1 - np.sqrt(vapor.alpha)) / 2
            a_i = 4 * (1 - vapor.alpha) / hydraulic_diameter
            
        else:  # churn or mist
            # 简化模型
            a_i = 4 * vapor.alpha * (1 - vapor.alpha) / hydraulic_diameter
        
        return a_i
    
    def calculate_interfacial_heat_transfer(
        self,
        flow_pattern: str,
        liquid: FluidState,
        vapor: FluidState,
        a_i: float,
        T_sat: float
    ) -> Tuple[float, float]:
        """
        计算界面传热系数
        
        参数:
            flow_pattern: 流型
            liquid: 液相状态
            vapor: 气相状态
            a_i: 界面面积密度 [1/m]
            T_sat: 饱和温度 [K]
            
        返回:
            Tuple[float, float]: (液相界面传热系数, 气相界面传热系数) [W/m²·K]
        """
        # 基本传热系数
        h_i_base = 1000  # [W/m²·K]
        
        # 流型修正
        if flow_pattern == "bubbly":
            f_l = 2.0
            f_v = 1.0
        elif flow_pattern == "slug":
            f_l = 1.5
            f_v = 1.2
        elif flow_pattern == "annular":
            f_l = 1.0
            f_v = 1.5
        else:
            f_l = 1.0
            f_v = 1.0
        
        # 计算界面传热系数
        h_i_l = h_i_base * f_l
        h_i_v = h_i_base * f_v
        
        return h_i_l, h_i_v 